新近吹填淤泥地基新型大面積砂被工作墊層工藝技術(shù)研發(fā)

楊茯苓，董志良，鮑樹峰，林軍華，謝榮星

(1. 中交第四航務(wù)工程局有限公司，廣東 廣州 510290；2. 中交四航局第二工程有限公司，廣東 廣州 510230；3. 中交四航工程研究院有限公司，廣東 廣州 510230；4. 中交交通基礎(chǔ)工程環(huán)保與安全重點實驗室，廣東 廣州 510230)

0 引 言

近年來，隨著沿海經(jīng)濟(jì)建設(shè)快速發(fā)展，用地需求猛增，涌現(xiàn)了大量的吹填造陸工程，如廈門海倉港、天津濱海新區(qū)、連云港碼頭、溫州“甌飛”工程、廣州南沙港、深圳鹽田港、珠海高欄港、惠州荃灣港區(qū)、港珠澳人工島等。由于吹填造陸工程急劇增多、規(guī)模不斷擴(kuò)大，吹填造陸的材料日益匱乏，因此，港口航道的原位海積或湖積淤泥是目前主要來源。

新近吹填淤泥是指原位海積或湖積淤泥經(jīng)水力重塑和顆粒重新分選后、土顆粒自重沉積尚未完成，顆粒結(jié)構(gòu)極為松散，含水率極高(85%～150%、甚至大于150%)、處于懸浮或流動狀態(tài)的吹填淤泥[1-2]。該類地基無承載力，施工設(shè)備無法直接開展地基處理等相關(guān)施工工序，常規(guī)做法是先晾曬2～3年，再采用傳統(tǒng)真空預(yù)壓技術(shù)進(jìn)行深層處理。

近年來，中交四航工程研究院一直致力于該類地基處理的技術(shù)攻關(guān)研究，已成功研發(fā)出“二次處理”技術(shù)。即先采用淺表層快速加固技術(shù)對新近吹填淤泥地基的淺表層土體進(jìn)行預(yù)處理(預(yù)處理時間為30 d)，同時水力吹填粉細(xì)砂墊層(厚度為1.0 m左右)，并用機(jī)械鋪設(shè)中粗砂排水墊層(厚度為0.5 m左右)，待真空恒載滿45 d后卸載，此時地基便能作為承載排水板施工設(shè)備的工作平臺，然后采用傳統(tǒng)真空預(yù)壓技術(shù)對地基深層土體進(jìn)行加固[1-8]。該技術(shù)極大地縮短了地基處理工期，有效緩解了建設(shè)用地急劇緊張的局面，在國內(nèi)已得到了迅速推廣。然而，淺表層快速加固技術(shù)工期雖短但施工成本較高，且真空預(yù)壓加固后(時間為45 d)的淺層地基僅能形成厚度不超過0.4 m的硬殼層[1]。

筆者基于水工行業(yè)中廣泛應(yīng)用的傳統(tǒng)大型砂被和砂肋軟體排的優(yōu)點，依托廣州港南沙港區(qū)三期工程(疏浚吹填及軟基處理Ⅱ區(qū)工程)，研發(fā)出一種適用于新近吹填淤泥地基的新型大面積砂被墊層。該大面積砂被墊層與淺表層快速加固技術(shù)相比，其施工時間短、施工成本低，且一次性排水固結(jié)處理前能順利進(jìn)行深層排水板施工。

1 新思路提出

水工行業(yè)中廣泛應(yīng)用的傳統(tǒng)大型砂被具有厚度均勻、整體強(qiáng)度高(承載力高)、整體性強(qiáng)、保土性能好、能適應(yīng)地基變形等特點，鋪設(shè)在海底原位地基上能最大程度地避免下臥地基發(fā)生整體滑動破壞。目前，已成功應(yīng)用于港口航道及灘涂地帶用做護(hù)底圍堤、圍海造陸工程護(hù)底及軟基處理工程中，如長江口深水航道治理工程、寧波大榭招商國際集裝箱碼頭圍堤造陸工程、寧波—舟山港金塘港區(qū)大浦口集裝箱碼頭工程[9-11]。然而，這類工程位于砂被下方的地基土體均為受潮水沖刷且極易流動的粉細(xì)砂或淤泥與粉細(xì)砂混合物，相對于呈流動狀或懸浮狀新近吹填浮泥地基而言，仍具有較高的地基承載力，故傳統(tǒng)大型砂被工藝無法在新近吹填淤泥地基表層形成可承載施工設(shè)備的工作墊層。

另外，水工行業(yè)中廣泛應(yīng)用的大型砂肋軟體排同樣具有整體性強(qiáng)、保土性能好、柔性好、能適應(yīng)地基變形等特點，目前已成功應(yīng)用于洋山深水港區(qū)AB標(biāo)工程、南通洋口港區(qū)人工島圍堤工程中[12-14]。然而，這種柔性結(jié)構(gòu)整體強(qiáng)度低(承載力低)，也無法直接作為新近吹填淤泥地基能承載施工設(shè)備的工作墊層。

綜合分析上述傳統(tǒng)大型砂被和砂肋軟體排優(yōu)點，同時結(jié)合普通砂井具有排固結(jié)作用特點，將3種工藝進(jìn)行集成創(chuàng)新，可形成一種能適用于新近吹填淤泥地基的施工設(shè)備工作墊層—新型大面積砂被墊層，其結(jié)構(gòu)示意如圖1。

圖1 新型大面積砂被墊層三維示意Fig. 1 3D schematic diagram of new type of large area sand-quit-cushion

圖1中，砂被工作墊層形成后，再在其上面機(jī)械鋪設(shè)一定厚度的回填料(砂料、粉土、素填土等)或水力吹填一定厚度的中細(xì)砂、粉細(xì)砂或中粗砂，即可形成能順利實施新近吹填淤泥地基真空預(yù)壓處理前的插板施工工序的工作墊層。

2 新型大面積砂被墊層地基承載機(jī)制定性分析

新型大面積砂被墊層屬于人造硬殼層的一種，但又不同于傳統(tǒng)的人造(天然)硬殼層[15-19]，主要有3方面區(qū)別：① 該結(jié)構(gòu)下臥土體為含水量極高、呈流動狀態(tài)或懸浮狀態(tài)的新近吹填淤泥，而傳統(tǒng)人造(天然)硬殼層下臥土體一般為含水率小于85%的淤泥；② 該結(jié)構(gòu)是一種大型空間立體式結(jié)構(gòu)，包括整體性較強(qiáng)的扁平結(jié)構(gòu)體(砂被)、能限制土體往周邊流走的側(cè)向復(fù)合式柔性結(jié)構(gòu)體、加固區(qū)域內(nèi)部按一定間距設(shè)置的重型砂肋及兩側(cè)與之連接在一起的布體復(fù)合體、能促進(jìn)下臥土體排水固結(jié)的柱狀結(jié)構(gòu)體(短型普通砂井)等，而傳統(tǒng)人造(天然)硬殼層僅為一種覆蓋范圍大的扁平結(jié)構(gòu)體。③ 由于構(gòu)成該空間立體結(jié)構(gòu)的主材均為透水性材料(高強(qiáng)度、透水性良好的土工布以及具有一定透水性的充填砂料)，故該結(jié)構(gòu)為透水性結(jié)構(gòu)，而傳統(tǒng)人造(天然)硬殼層大部分不透水。

該大型空間立體式結(jié)構(gòu)與下臥浮(流)泥地基構(gòu)成一個整體承力體系，具有較高的承載力。其工作機(jī)理主要體現(xiàn)在3大方面。

2.1 似殼體效應(yīng)

砂被主要組成材料為較密實的充填砂，受土工織物袋體包圍式約束和加筋雙重作用，使得該砂被結(jié)構(gòu)具有較強(qiáng)的整體性，從而具有類似于柔性殼體的作用。砂被結(jié)構(gòu)整體性越強(qiáng)、彈性模量越高，這種似殼體效應(yīng)就越強(qiáng)。

該似殼體效應(yīng)具體體現(xiàn)為：① 應(yīng)力擴(kuò)散效應(yīng)。荷載面積下的砂被使上覆荷載在傳遞過程中被擴(kuò)散到較大的軟土面積上。② 表層封閉效應(yīng)。當(dāng)上覆荷載作用于砂被表面時，砂被發(fā)生下沉變形，而其下臥流塑狀土體則向周圍發(fā)生擠出變形，同時向上發(fā)生隆起變形。由于砂被表面約束作用，使得下臥土體體積只能受到壓縮，從而限制了下臥土體發(fā)生較大擠出及隆起變形。此時，下臥土體具有雙重身分，既表現(xiàn)為體積相對可壓縮變形體，又表現(xiàn)為體積相對不可壓縮液體，從而改變了下臥土體中的應(yīng)力分布，在一定范圍內(nèi)產(chǎn)生較大的水平壓力及豎向壓力，使下臥土體需較大荷載才能發(fā)生滑動破壞(剪切破壞)。簡而言之，荷載面積以外的砂被起到了表層封閉作用。

2.2 側(cè)向封閉效應(yīng)(側(cè)限作用)

加固區(qū)域內(nèi)部按一定間距設(shè)置的重型砂肋及兩側(cè)與之連接在一起的布體構(gòu)成側(cè)向復(fù)合式柔性結(jié)構(gòu)體，具有側(cè)限作用。當(dāng)上覆荷載作用于砂肋上方附近區(qū)域時，加固區(qū)域內(nèi)的土體將迅速向外側(cè)擠出流動，而這種側(cè)向復(fù)合式柔性結(jié)構(gòu)體則限制了加固區(qū)域內(nèi)的土體發(fā)生過大側(cè)向位移，從而避免加固區(qū)域內(nèi)土體發(fā)生整體滑動破壞(整體剪切破壞)。這種側(cè)向復(fù)合式柔性結(jié)構(gòu)體剛度越大、彈性模量越高，側(cè)向封閉作用就越強(qiáng)。

2.3 排水固結(jié)作用和豎向加筋作用

新近吹填淤泥地基在該大型空間立體式結(jié)構(gòu)約束作用下，將產(chǎn)生較大的超孔壓作用。如前所述，由于該結(jié)構(gòu)的透水性，其地基土體中的超孔壓將通過普通砂井逐漸消散，水分也隨之排出，地基土體因此發(fā)生一定程度固結(jié)。地基土體中的超孔壓得到及時消散后，能較好削弱后續(xù)插板施工過程中的“冒泥漿”現(xiàn)象。

另外，普通砂井在具有一定強(qiáng)度地基中還能發(fā)揮豎向加筋作用，從而進(jìn)一步提高地基承載力。對含水率為85%～150%的流泥地基而言[20-21]，盡管也承受著這種大型空間立體式結(jié)構(gòu)的約束作用，但其土體具有一定強(qiáng)度，普通砂井施工難度大，故可考慮不設(shè)置普通砂井。

3 新型大面積砂被墊層工藝對比

廣州港南沙港區(qū)三期工程(疏浚吹填及軟基處理Ⅱ區(qū)工程)較大范圍的陸域是在原有珠江口水域中淤積的灘涂地基上吹填淤泥形成。其上部為新近吹填淤泥，含水量為100%～150%；下部為深厚原狀軟土，主要為流泥、淤泥及淤泥質(zhì)黏土等。

依托該工程設(shè)立了現(xiàn)場對比試驗區(qū)，總面積約為2.75×104m2，其平面見后續(xù)各方案平面布置。

3.1 試驗區(qū)新近吹填淤泥厚度檢測

試驗區(qū)內(nèi)17個淺層靜力觸探測試孔(測試深度均為8 m左右)測試結(jié)果如圖2(a)；13個淺層十字板測試孔(測試孔深度均為8 m左右)測試結(jié)果如圖2(b)。

圖2 試驗區(qū)淺層測試結(jié)果Fig. 2 CPT&VST results

由圖2可知：① 試驗區(qū)范圍內(nèi)圍堰邊界附近新近吹填淤泥厚度較薄，小于3 m。如靜力觸探測試孔CPT-QC10#～CPT-QC12#、CPT-QC15#結(jié)果和十字板測試孔VST-QC2#、VST-QC4#、VST-QC5#；② 除圍堰邊界附近區(qū)域之外，整體呈東薄西厚的趨勢(厚度范圍為5～8 m)。

3.2 試驗區(qū)新近吹填淤泥的強(qiáng)度特性

試驗區(qū)內(nèi)5組新近吹填淤泥土樣的直剪快剪試驗結(jié)果詳見表1。

表1 新近吹填淤泥直剪快剪試驗結(jié)果Table 1 Direct shear test results of newly hydraulic reclamation mud foundation

3.3 試驗區(qū)不同砂被墊層試驗方案設(shè)計

根據(jù)上述試驗區(qū)新近吹填淤泥厚度分布情況和新近吹填淤泥地基承載力極低特點，為確保試驗施工安全，從東往西擬開展不同砂被墊層方案對比試驗，具體試驗方案設(shè)計如表2、3。

表2 不同砂被墊層試驗方案設(shè)計Table 2 Design of different sand-quilt-cushion test schemes

表3 施工方案5關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)Table 3 Key technical parameters of scheme 5 m

3.4 試驗區(qū)砂被墊層施工監(jiān)測方案設(shè)計

不同砂被墊層試驗方案施工期間監(jiān)測方案設(shè)計如下：

1) 砂被充填厚度：采用帶刻度的鋼釬進(jìn)行網(wǎng)格式測試，測點間距為5 m×5 m或10 m×10 m。

2) 砂被墊層及其上覆砂墊層施工期間地表沉降及周邊泥面隆起變形：采用水準(zhǔn)測量法進(jìn)行測試。沉降觀測點布設(shè)在區(qū)域內(nèi)有代表性位置；隆起觀測點布設(shè)在區(qū)域邊界中線上，各測點與相應(yīng)邊界的距離分別為1、2、3、4、5、6、8、10、12、14 m。

3) 砂被墊層及其上覆砂墊層施工期間下臥淤泥中的超孔壓：在區(qū)域內(nèi)選取有代表性的位置在泥面以下5 m深度范圍內(nèi)不同深度(1、3、5 m)處布設(shè)1組孔壓計。

4) 墊層地基承載變形特性試驗：砂被上覆砂層施工完畢且沉降變形穩(wěn)定后，采用載荷試驗進(jìn)行評估，測點布設(shè)在區(qū)域內(nèi)有代表性位置。

3.5 試驗區(qū)不同砂被墊層方案對比試驗與分析

3.5.1 方案1

方案1的平面布置和施工三維示意如圖3。

圖3 方案1施工示意Fig. 3 Schematic diagram of scheme 1

方案1從試驗區(qū)邊界開始以東往西順序進(jìn)行施工。現(xiàn)場施工情況表明：

1) 當(dāng)靠近試驗區(qū)邊界施工、新近吹填淤泥厚度小于3 m時，按上述施工順序采用“吹砂船遠(yuǎn)距離直充”和“在吹砂船與吹填區(qū)域之間設(shè)置砂坑進(jìn)行轉(zhuǎn)充(簡稱‘設(shè)置砂坑轉(zhuǎn)充’)”兩種充填工藝均可順利實施方案1。

充填厚度監(jiān)測結(jié)果表明：① 對靠近試驗區(qū)邊界、新近吹填淤泥厚度小于3 m區(qū)域，砂被墊層的充填厚度范圍為0.33～0.98 m，平均厚度為0.63 m，厚度差高達(dá)0.65 m。②“吹砂船遠(yuǎn)距離直充”的充填工藝由于無法合理控制吹填管內(nèi)吹填料流速，很難控制砂被充填厚度均勻性。另外，考慮到試驗區(qū)離吹砂船不遠(yuǎn)(不超過400 m)，故試驗區(qū)后續(xù)方案均采用“設(shè)置砂坑轉(zhuǎn)充”的充填工藝。

對疏浚吹填淤泥面積高達(dá)幾十萬m2的圍海造陸工程而言，為確保砂被的充填工效，通過吹砂船遠(yuǎn)距離進(jìn)行充填時，應(yīng)采取“合理設(shè)計吹填管路系統(tǒng)(管材、管徑等)、適當(dāng)布設(shè)分叉接頭和接力泵”等方法來取代“設(shè)置砂坑”方法。

2) 當(dāng)新近吹填淤泥厚度大于3 m時，方案1無法順利實施。砂被充填過程中往往發(fā)生嚴(yán)重沉陷現(xiàn)象。方案1不適用于新近吹填淤泥厚度大于3 m的場地。其主要原因是：新近吹填淤泥厚度大、承載力極低，砂被周邊按常規(guī)的錨固方法(如竹竿式錨固法)失效，致使其周邊出現(xiàn)嚴(yán)重冒泥現(xiàn)象，進(jìn)而與相鄰的砂被脫離，最終出現(xiàn)嚴(yán)重沉陷現(xiàn)象。

3.5.2 方案2、3

基于水工行業(yè)廣泛應(yīng)用的大型砂肋軟體排優(yōu)點，進(jìn)行3個方面該進(jìn)：① 砂肋橫斷面尺寸；② 砂肋布置形式；③ 砂肋之間間距。

方案2、3平面布置和施工三維示意如圖4。在方案1基礎(chǔ)上繼續(xù)以東往西順序進(jìn)行施工。兩方案實施區(qū)域新近吹填淤泥厚度為3～5 m。

圖4中：方案2、3的砂被墊層施工前，先進(jìn)行改進(jìn)型大面積砂肋軟體排(也即前文所述的復(fù)合式柔性結(jié)構(gòu)體)施工。

現(xiàn)場施工情況表明：

1) 周邊及中間的砂肋組合體施工完后，短時間內(nèi)即可下沉穩(wěn)定。其中，除北側(cè)砂肋組合體外，其它位置砂肋組合體由于所處位置新近吹填淤泥較厚(5～8 m)，實測平均下沉值為80 cm左右。

2) 當(dāng)砂肋組合體下沉穩(wěn)定后，與之連接的大面積編織布隨之被繃緊，從而充分發(fā)揮了這種復(fù)合式柔性結(jié)構(gòu)體的封閉效應(yīng)。這種封閉效應(yīng)使下臥新近吹填淤泥最大程度地被包裹在指定區(qū)域內(nèi)，從而明顯提高了地基承載力。

方案2、3在砂肋軟體排施工完后即可進(jìn)行砂被墊層施工。而方案3則是直接吹填中細(xì)砂形成墊層。

充填厚度監(jiān)測結(jié)果表明：① 方案2中，砂被墊層充填厚度范圍為0.54～0.77 m，平均厚度為0.67 m，厚度差為0.23 m，均勻性較好；② 方案3中，細(xì)砂墊層吹填厚度平均值為0.58 m，也較均勻。

圖4 方案2、3施工示意Fig. 4 Schematic diagram of scheme 2 and 3

方案2西側(cè)泥面隆起變形測試結(jié)果為：① 最大隆起量不超過25 cm；② 隆起范圍為20 m左右。具體如圖5。這間接表明了復(fù)合式柔性結(jié)構(gòu)體封閉效應(yīng)得到了較好的發(fā)揮，有效降低了墊層施工過程中周邊地基的隆起程度。

圖5 方案2西側(cè)泥面隆起測試結(jié)果Fig. 5 Uplifting test results of the west side of mud of scheme 2

方案2中，砂被墊層現(xiàn)場施工情況也表明：砂被墊層充填完成的短時間內(nèi)會隨著砂肋軟體排及下臥新近吹填淤泥地基發(fā)生整體協(xié)調(diào)變形，這致使相鄰砂被間易發(fā)生脫離現(xiàn)象，且四周砂被往往發(fā)生側(cè)滑沉陷現(xiàn)象。方案2中的砂被相互脫離、側(cè)滑沉陷等現(xiàn)象會直接出現(xiàn)許多薄弱區(qū)域，從而致使整個砂被墊層地基承載力不高。對方案3而言，由于下臥淤泥地基幾乎無承載力，因此直接在編織布上吹填0.6 m 厚的中細(xì)砂后所形成的墊層地基承載力也不高。

根據(jù)分析可知：方案2、3中改進(jìn)型的大面積砂肋軟體排(也即復(fù)合式柔性結(jié)構(gòu)體)能明顯提高下臥新近吹填淤泥地基承載力，然而兩種方案所述墊層地基均存在“承載力不足”的局限性，因此需要對墊層工藝進(jìn)一步優(yōu)化。

3.5.3 方案4、5

對方案2、3墊層工藝進(jìn)行改進(jìn)，具體方法為：① 在復(fù)合柔性結(jié)構(gòu)體編織布表面先鋪設(shè)一層竹柵，再上覆若干個小面積砂被，并搭接形鋪設(shè)形成墊層，即方案4；② 集成改進(jìn)型大面積砂肋軟體排與水工行業(yè)上廣泛應(yīng)用的傳統(tǒng)大型砂被特點，形成新型大面積砂被墊層，即方案5。

方案4、5平面布置和施工三維示意如圖6。在方案2、3基礎(chǔ)上繼續(xù)以東往西順序進(jìn)行施工。兩種方案實施區(qū)域新近吹填淤泥厚度為5～8 m。

1) 現(xiàn)場施工實景

兩方案的砂被墊層現(xiàn)場均采用對稱充填工藝進(jìn)行施工。

2) 現(xiàn)場施工監(jiān)測結(jié)果與分析

(1) 充填厚度監(jiān)測結(jié)果與分析

充填厚度監(jiān)測結(jié)果表明：① 方案4砂被墊層的充填厚度范圍為0.72～1.23 m，平均厚度為1.02 m，厚度差為0.51 m；② 方案5砂被墊層充填厚度范圍為0.98～1.26 m，平均厚度為1.09 m，厚度差為0.28 m。相對而言，方案5充填均勻性較好。

(2) 砂被墊層表面沉降監(jiān)測結(jié)果與分析

上覆砂層(厚度為0.8 m)施工期間，兩方案砂被墊層表面沉降監(jiān)測結(jié)果如圖7。

圖6 方案4、5施工示意Fig. 6 Schematic diagram of scheme 4 and 5

圖7 方案4、5砂被墊層表面沉降監(jiān)測結(jié)果Fig. 7 Monitoring results of surface subsidence of sand-quilt-cushion of scheme 4 and 5

由圖7可知：① 方案4表面總沉降范圍為37～ 57 cm，平均值為46 cm，不均勻沉降最大值為20 cm。其中，2014年6月11日—2014年6月18日，出現(xiàn)了異?，F(xiàn)象(沉降板CJ1、CJ2突然隆起后又迅速下沉、而沉降板CJ3則直接迅速下沉)，主要原因是：隨著上覆砂層厚度增加，位于沉降板CJ3下方的單個砂被突然與分別位于沉降板CJ1、CJ2下方的單個砂被發(fā)生脫離現(xiàn)象，致使后者發(fā)生隆起現(xiàn)象，但在整體協(xié)調(diào)變形作用下又迅速下沉。② 方案5總沉降范圍為28～38 cm，平均值為32 cm，不均勻沉降最大值為10 cm。上覆砂層施工過程中，3個沉降板均一起發(fā)生同步變形。因此，表面沉降監(jiān)測結(jié)果也間接說明了方案5的砂被墊層充填較均勻、整體性好，主要原因是充分利用了傳統(tǒng)大型砂被中“設(shè)置了隔倉加筋布進(jìn)行限厚、且各砂被墊層單元通過各隔倉加筋布串聯(lián)形成整體”的優(yōu)點，從而使得該方案砂被墊層整體性好。

(3) 泥面隆起變形監(jiān)測結(jié)果與分析

兩方案西側(cè)泥面隆起變形監(jiān)測結(jié)果如圖8。

圖8 方案4、5西側(cè)泥面隆起測試結(jié)果Fig. 8 Uplifting test results of the west side of mud of scheme 4 and scheme 5

由圖8可知：① 砂被墊層施工期間(2014年7月5日前)，方案4最大隆起量不超過48 cm，方案5最大隆起量不超過65 cm，均出現(xiàn)在砂被墊層施工完一段時間(2014年5月24日)；即將上覆砂層施工前(2014年7月5日)，前者隆起量為39.0 cm，后者隆起量為55.1 cm；上覆砂層施工完后(2014年7月19日)，前者隆起量為82.1 cm，后者隆起量為71.1 cm。② 兩方案隆起范圍均大于16 m，為20 m左右。因此，隆起變形的監(jiān)測結(jié)果表明：方案5封閉效應(yīng)更優(yōu)，有效降低了施工過程中周邊淤泥地基的隆起程度。

(4) 下臥淤泥超孔壓監(jiān)測結(jié)果與分析

上覆砂層施工期間，有針對性地對方案5下臥淤泥中的超孔壓進(jìn)行了監(jiān)測，結(jié)果如圖9。

圖9 方案5下臥淤泥中超孔壓測試結(jié)果Fig. 9 Test results of hyper pore pressure of underlying silt for scheme 5

由圖9可知：方案5下臥淤泥中不同深度的超孔壓基本一致，在18.5～27.9 kPa范圍內(nèi)。因此，超孔壓測試結(jié)果間接表明：后續(xù)插板施工過程中，下臥淤泥中超孔壓在快速消散的同時，部分流泥將會涌出地表。鑒于此，需做好插板施工過程中的清泥和排水措施。

3.5.4 墊層地基承載變形特性試驗與分析

有針對性地對下臥淤泥厚度較淺(小于3 m)的方案1和下臥淤泥厚度較大(接近8 m)的方案5進(jìn)行了對比試驗，具體試驗細(xì)節(jié)如表4。

表4 墊層地基承載變形特性對比試驗細(xì)節(jié)Table 4 Details of PLT

各方案每級荷載下對應(yīng)的荷載-沉降(P-s)曲線如圖10。

圖10 方案1、5荷載-沉降曲線Fig. 10 P-s curves of scheme 1 and 5

根據(jù)圖10可知：① 由于方案5下臥淤泥厚度較方案1的大，因此，同級荷載下墊層地基的累計沉降值明顯較大，如荷載為90 kN時的累計沉降值分別為10.90、15.16 mm；②P-s曲線從一開始就呈現(xiàn)非線性變化，且隨著荷載P的增加，墊層地基變形發(fā)展迅速，總變形量很大。

試驗過程也進(jìn)一步表明：隨著堆料荷重增加，荷載板作用范圍的墊層地基幾乎呈垂直下切趨勢，且兩側(cè)幾乎不發(fā)生隆起現(xiàn)象，最終導(dǎo)致墊層地基沿荷載作用邊界發(fā)生垂直的剪切破壞面。因此，該類墊層地基的破壞形式呈沖剪破壞特征。

5 結(jié) 論

基于水工行業(yè)廣泛應(yīng)用的傳統(tǒng)大型砂被和砂肋軟體排優(yōu)點，現(xiàn)場研發(fā)出了一種適用于新近吹填淤泥地基的新型大面積砂被工作墊層。結(jié)論如下：

1) 新型大面積砂被工作墊層是一種大型的空間立體式結(jié)構(gòu)，包括整體性較強(qiáng)的扁平結(jié)構(gòu)體(砂被)、能限制土體往周邊流走的側(cè)向復(fù)合式柔性結(jié)構(gòu)體(加固區(qū)域內(nèi)按一定間距設(shè)置的重型砂肋及其兩側(cè)與之連接在一起布體構(gòu)成的復(fù)合體)以及能促進(jìn)下臥土體排水固結(jié)的柱狀結(jié)構(gòu)體(短型普通砂井)；且為透水性結(jié)構(gòu)。對含水率為85%～150%的流泥地基而言，可考慮不設(shè)置柱狀結(jié)構(gòu)體(短型普通砂井)。

2) 新型大面積砂被工作墊層與下臥浮(流)泥地基構(gòu)成一個整體承力體系，具有較高的承載力。其工作機(jī)理主要體現(xiàn)為：似殼體效應(yīng)(包括應(yīng)力擴(kuò)散效應(yīng)與表層封閉效應(yīng))、側(cè)向封閉效應(yīng)(即側(cè)限作用)、排水固結(jié)作用和豎向加筋作用。

3) 依托廣州港南沙港區(qū)三期工程疏浚吹填及軟基處理Ⅱ區(qū)工程，開展了5種新型砂被墊層工藝現(xiàn)場對比試驗研究，研究結(jié)果表明方案5最優(yōu)。具體體現(xiàn)為：① 平均充填厚度為1.09 m，厚度差為0.28 m；② 地表總沉降平均值為32 cm，不均勻沉降最大值為10 cm；③砂被墊層施工期間，最大隆起量不超過65 cm；即將上覆砂層施工前，隆起量為55.1 cm；上覆砂層施工完后，隆起量為71.1 cm；隆起范圍為20 m左右；④ 下臥淤泥中不同深度的超孔壓基本一致，在18.5～27.9 kPa范圍內(nèi)；⑤ 承載變形特性試驗證實了該類地基的擴(kuò)散效應(yīng)強(qiáng)，但受荷后變形量較大，呈沖剪破壞特征。因此，新型大面積砂被工作墊層(方案5)充填較均勻、整體性好，封閉效應(yīng)更優(yōu)，有效降低了施工過程中周邊淤泥地基的隆起程度。

4) 新型大面積砂被工作墊層(方案5)可作為新近吹填淤泥地基一次性真空預(yù)壓處理的工作平臺。但由于下臥淤泥中超孔壓較大，在后續(xù)插板施工過程中，下臥淤泥中超孔壓在快速消散的同時，部分流泥將會涌出地表，因此需要做好插板施工過程中清泥和排水措施。另外，該類墊層地基進(jìn)行一次性真空預(yù)壓處理時，須采用直排式真空預(yù)壓系統(tǒng)。

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